платформы нижнего уровня
Платформа PLCBUS: общий обзор
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Платформа PLCBUS (Power Line Communication Bus) фактически представляет собой клон платформы UPB, адаптированный под систему команд и адресации платформы X10 (см. раздел архитектура). Разработчиком платформы PLCBUS является фирма Advanced Technical Solutions Ltd. (ATS Ltd, см. врезку), а производство устройств c 2005 года было сконцентрировано в компании Shanghai Super Smart Electronics Co Ltd. Наиболее полным информационным ресурсом по PLCBUS является форум plc-bus.info, на котором, в т.ч. есть раздел документации, преимущественно по конкретным устройствам и программному обеспечению. Информации по базовым решениям (сетевому протоколу, элементной базе, схемотехнике) «из первых рук», т.е. от разработчика или производителя, не обнаружено, а весьма ограниченное число ресурсов по PLCBUS дает данную информацию на косвенной основе. При подготовке настоящего обзора данный фактор учитывался и достоверность найденных сведений проходила всестороннюю проверку.
Компания ATS Ltd, предположительно, зарегистрирована в юго-восточной Азии (наиболее вероятно, в Гонконге), хотя офис ее и расположен в Амстердаме. На мысль об азиатском происхождении фирмы наводит присутствующий в названии суффикс Ltd, не предусмотренный законодательством Нидерландов, а также ее логотип (см. рис.1), выполненный с элементами соответствующего стиля. Численность фирмы невелика. До разработки платформы PLCBUS она занималась разработкой полузаказных микросхем, в основном для для корпорации Samsung, а также разработкой некоторых компонентов для IT-систем, в частности ЖК телевизоров, процессоров обработки сигналов и пр. На момент публикации данного обзора сайт компании доступен, хотя и частично (техническая информация доступна только по модулям PLCBUS), а последняя новость датирована 2009-м годом, при этом смежные сайты, которых было достаточно много, уже не работают.
Платформа PLCBUS была анонсирована фирмой ATS в 2002 году. Она позиционировалась как совместимая с платформой X10, но обеспечивающая беспрецедентную надежность информационного обмена. Одновременно была начата компания по ее продвижению, в связи с чем разработчиком делались попытки привлечения к сотрудничеству гигантов IT отраслей - Microsoft, IBM, Nokia, Motorola, Intel, Dell, Hewlett-Packard, Siemens, Philips и др. Впоследствии было объявлено о создании ассоциации PLCBUS Union Commission, в которую вошли компании Phillips, Magma, KPN и некоторые другие, заключившие с фирмой ATS партнерские соглашения. Однако деятельность этой ассоциации оказалась недолгой и в настоящее время сведений о ней практически нет, в т.ч. недоступен ее сайт plc-bus.org.
Основным рынком платформы является юго-восточный регион, в первую очередь Китай. Она также продвигалась в Европе, на Ближнем Востоке и в странах Латинской Америки. В США PLCBUS не продвигалась, очевидно, в связи с подпаданием ее под действие патентов на платформу UPB.
Как уже было сказано выше, PLCBUS в своей основе базируется на решениях платформы UPB, хотя в фирменной документации на этот счет никаких сведений нет. Более того, платформа позиционируется как улучшенная модификация X10. Соответственно, достоинства, обусловленные решениями, скопированными с платформы UPB, приписываются платформе PLCBUS без всяких оговорок. Такому положению, очевидно, способствовало то обстоятельство, что базовые решения платформы UPB были запатентованы только в США (см. тут). В то же время, в сравнительных таблицах PLCBUS сравнивается не только с X10, но и с UPB, совпадая с ней по всем характеристикам, за исключением тех, которые допускают субъектитвную трактовку и оценку (к таковым, например, относятся простота инсталляции, цена и пр.).
Рис.1 Компоненты платформы PLCBUS
2. АРХИТЕКТУРА
На физическом уровне протокол PLCBUS полностью повторяет базовый протокол UPB - используется позиционно-импульсная модуляция с четырьмя фреймами, расположенными перед моментом переходом фазного напряжения через нуль (рис.2). При этом импульсы, так же, как в UPB, генерируются путем перезаряда подключаемой к линии емкости.
Рис.2 Временная диаграмма протокола PLCBUS на физическом уровне
Формат сообщения PLCBUS по данным ряда источников (немецкоязычной википедии, сайта Ruvitek и др.) также полностью соответствует формату UPB (рис.3 слева). Однако сопоставление его с форматом обмена данными между компьютером и адаптером PLCBUS (рис.3 справа) показывает, что между ними имеются расхождения по размеру и формату полей, расположению и назначению битов, а также по обозначениям, в связи с чем информацию о полном совпадении форматов вряд ли можно считать достоверной.
Рис.3 Формат коммуникационного пакета PLCBUS по данным различных источников
Сопоставительный анализ протокола PLCBUS по документу RS-232 to PLCBUS Control Transport Protocol с протоколом UPB выявляет как ряд совпадений, так и ряд отличий. Рассмотрим подробнее:
Адресация
Сетевой адрес UPB (NetID) в PLCBUS именуется кодом пользователя (USER CODE) и имеет 250 разрешенных значений вместо 256. Назначение еще 6-ти не оговаривается, но можно предположить, что они используются, например, для технологических целей.
Адрес назначения/устройства UPB (DID/UID) разделен на два 4-разрядных субадреса: адрес устройства (UNIT) и адрес дома (HOME), как это сделано в протоколе X10, при этом устройства могут взаимодействовать друг с другом только в пределах общего адреса дома, за исключением некоторых специальных команд. Как и в протоколе UPB, каждому устройству PLCBUS может быть дополнительно назначено до 16-ти групповых адресов для реализации сценариев в пределах общего кода пользователя и адреса дома (USER CODE + HOME). Признаком обращения к такому групповому адресу так же является значение бита LINK управляющего слова (COMMAND), равное 1.
Разработчиком PLCBUS в сопоставительных таблицах в качестве преимущества заявляется несколько большее, чем у платформы UPB, общее количество доступных адресов - 64000 против 62500. Однако такое сравнение некорректно, т.к. в сетях UPB могут взаимодействовать друг с другом до 250 устройств (в пределах одного сетевого адреса), а в сетях PLCBUS - только 16 устройств (в пределах одного адреса дома). Кроме того, на практике необходимость в таком адресном пространстве в пределах общей сети питания никогда не возникает и разницу в несколько процентов вряд ли следует считать существенной.
Управление трафиком
В отличие от протокола UPB, в котором предусмотрены развитые средства управления трафиком, в т.ч. управление количеством повторов сообщений, управление количеством ретрансляций и три способа квитирования обмена, протокол PLCBUS предоставляет более ограниченные возможности. В частности:
- не предусмотрено управление количеством принудительных повторных передач, т.е повторные пакеты направляются исключительно в случае отсутствия квитирования приема;
- предусмотрено лишь задание/отмена режима ретрансляции с помощью бита REPRQ управляющего слова без задания количества последовательных ретрансляций;
- предусмотрено лишь задание/отмена квитирования ACK-импульсом с помощью бита ACK_PULSE управляющего слова, квитирование ACK-сообщением не используется вообще, а квитирование ID-импульсом используется лишь в технологических целях при выполнении определенных команд.
Следует отметить, что данные ограничения упрощают протокол, архитектуру устройств и процедуры инсталляции и вполне обоснованы для сферы применения PLCBUS.
Система команд
Система команд PLCBUS по сути является расширенной системой команд X10. Включает следующие команды:
код | команда | кв. | данные | расшифровка | зона |
00 | ALL UNITS OFF | Выключить все приборы | HOME | ||
01 | ALL LTS ON | Включить все освещение | HOME | ||
02 | ON | + | Включить | UNIT | |
03 | OFF | + | Выключить | UNIT | |
04 | DIM | + | темп | Понизить яркость (ток) | UNIT |
05 | BRIGHT | + | темп | Повысить яркость (ток) | UNIT |
06 | ALL LIGHT OFF | Выключить все освещение | HOME | ||
07 | ALL USER LTS ON | Включить все освещение | USER | ||
08 | ALL USER UNIT OFF | Выключить все приборы | USER | ||
09 | ALL USER LIGHT OFF | Выключить все освещение | USER | ||
0A | BLINK | + | период | Включить блинк | UNIT |
0B | FADE STOP | + | Остановить диммирование | UNIT | |
0C | PRESET DIM | + | уровень темп | Установить заданную яркость (ток) | UNIT |
0D | STATUS ON | уровень темп | Рапорт статуса «включено» | UNIT | |
0E | STATUS OFF | Рапорт статуса «выключено» | UNIT | ||
0F | STATUS REQ | Запрос рапорта статуса | UNIT | ||
10 | (R) MASTER ADDRS SETUP | + | адрес | Установка главного адреса приемника | UNIT |
11 | (T) MASTER ADDRS SETUP | + | адрес | Установка главного адреса передатчика | UNIT |
12 | SCEENES ADDRS SETUP | статус | Установка группового адреса и параметра сценария приемника | UNIT | |
13 | SCEENES ADDRS ERASE | + | Удаление группового адреса приемника | UNIT | |
14 | ALL SCEENES ADDRS ERASE | Удаление группового адреса во всех приемниках | HOME | ||
15 | FOR FUTURE | Резервная команда | |||
16 | FOR FUTURE | Резервная команда | |||
17 | FOR FUTURE | Резервная команда | |||
18 | GET SIGNAL STRENGTH | + | Запрос рапорта об уровне сигнала | UNIT | |
19 | GET NOISE STRENGTH | + | Запрос рапорта об уровне помех | UNIT | |
1A | REPORT SIGNAL STRENGTH | уровень | Рапорт уровня сигнала | UNIT | |
1B | REPORT NOISE STRENGTH | уровень | Рапорт уровня помех | UNIT | |
1C | GET ALL ID PULSE | + | Запрос ID-импульсов всех устройств | HOME | |
1D | GET ONLY ON ID PULSE | + | Запрос ID-импульсов всех устройств со статусом «включено» | HOME | |
1E | REPORT ALL ID PULSE | + | Запрос ID-импульсов всех устройств в трехфазной системе | HOME | |
1F | REPORT ONLY ON ID PULSE | + | Запрос ID-импульсов всех устройств со статусом «включено» в трехфазной системе | HOME |
Примечания:
1. плюс в графе «кв.» - команда требует квитирования приемником;
2. данные - информация в полях DATA1 и DATA2;
3. главным адресом устройства, программируемым командами с кодами 10 и 11, является адрес команды, при этом устройство предварительно должно быть переведено в режим программирования вручную.
4. об использовании ID-импульсов см. в описании протокола UPB.
Как видно, система команд PLCBUS в своей основе использует ядро системы команд X10, что необходимо для совместимости с устройствами X10, сохранив при этом некоторые важные системные команды UPB, необходимые для конфигурирования и диагностики сети.
3. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА И СХЕМОТЕХНИКА
Поскольку платформа PLCBUS, так же, как и платформа X10, создавалась специалистами по разработке микросхем частного применения, естественно предположить, что для нее точно так же, как и для X10, должна была быть разработана серия специализированных микросхем. Однако какой-либо информации на этот счет обнаружить не удалось. В то же время фирма-разработчик в качестве базовой единицы рекламировала т.н. PLCBUS-чипы, которые фактически представляли собой микромодули на печатных платах (рис.4).
Рис.4 Базовые «чипы» PLCBUS
Основной «рабочей лошадкой» с начала массового производства являлся модуль PLCBUS 9402393 - т.н. «черный чип», который в процессе модернизации был заменен сначала на «синий» PLCBUS 201071, а впоследствии - на еще более совершенный «красный» PLC 207078. Конструктив и цоколевка этого модуля приведены на рис.5.
Рис.5 Конструктив и цоколевка базового модуля PLCBUS
A - микросхема контроллера, B - индуктивности фильтров, C - триак передатчика
Информации по схемотехнической реализации данных модулей в Сети не обнаружено. Однако можно предполагать, что их схемы аналогичны схемам, используемым в UPB, где основным элементом является контроллер, реализующий логику протокола и имеющий в обвязке элементы передатчика и приемника сигнала, нуль-компаратор, РПЗУ, драйверы внешних устройств (силовых коммутаторов нагрузок, индикаторов, органов управления) и вторичный источник питания (см. тут). Схем включения данных модулей тоже найдено минимальное количество (см., например www.ic37.com или ruvitek-shop.de). Типовая схема включения, синтезированная на основе найденной информации, приведена на рис.5
Рис.6 Типовая схема включения базового модуля PLCBUS
Модуль позволяет подключить до 2-х сведодиодов, до 4-х кнопок и управлять двумя нагрузками через реле или триак. Конденсатор CP является балластным конденсатором источника питания. Конденсатор CTX является разрядным конденсатором передатчика. Для базовой версии модулей PLCBUS его емкость равна 0,33 мкф и он работает вместе с внутренней индуктивностью. Для версии PLCBUS2, отличающейся повышенной мощностью импульса, его емкость равна 1,5 мкф, при этом он подключается к фазе сети не через внутреннюю индуктивность (через контакт 21), а через внешнюю.
Кроме базового модуля фирмой ATS были также разработан ряд специализированных модулей с другим набором функций (см. рис.7), в т.ч.:
- модуль PLCBUS-269546 - передатчик PLCBUS2, обслуживает 2СИД + 4 кнопки;
- модуль PLCBUS-985468 - приемопередатчик PLCBUS2, обслуживает 1СИД, 1 реле, 1 триак, клавиатуру 6х6, снабжен портом RS-232 и имеет флэш-ПЗУ увеличенной емкости (1Мбайт);
- модуль PLCBUS-332569 - приемник, обслуживает 2СИД, 1 реле и 1 триак;
- модуль PLCBUS-362458 - I2C-расширитель, обслуживает 2СИД, 1 реле и 1 триак.
Рис.7. Cпециализированные модули - «чипы» PLCBUS
4. КОМПОНЕНТЫ И ПРОИЗВОДИТЕЛИ
До 2005 года производство модулей и устройств на их основе осуществляла сама фирма ATS Ltd на площадях в Австралии. Однако в 2005 году производство было передано небольшой китайской компании Shanghai Super Smart Electronics Co Ltd., которая до этого уже выпускала устройства на платформе X10 под своим брендом S10. Эта компания так и осталась единственным мировым производителем. При этом только в Юго-Восточной Азии в 2008-2009 годах было продано около полумиллиона единиц PLCBUS. В настоящее время сайт компании, существовавший под несколькими доменными именами (s10.com, s-10.com, s10.cn, plcbus.com.cn и др.) недоступен, хотя устройства с логотипом SUPER по-прежнему присутствуют в программах поставок ведущих мировых поставщиков систем смартхауса на разных континентах.
Номенклатура устройств PLCBUS по своим функциям ориентирована, преимущественно, на домашние системы управления освещением и другими неспецифическими нагрузками (см., например, каталог 2011 года).
Устройства имеют различное конструктивное исполнение - автономное (выключатели, панели, розетки, адаптеры), встраиваемое в электроарматуру (аналогичное исполнению модулей A10 Xanura/Marmitek), а также для монтажа на DIN-рейку. Как и в X10, в номенклатуре PLCBUS присутствуют пульты и трансиверы дистанционного управления по ИК и радиоканалу, трехфазные репитеры, фильтры, а также устройства для тестирования и отладки PLCBUS-сетей. Более подробно некоторые из этих устройств будут рассмотрены отдельно.
5. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
В качестве ПО верхнего уровня используются программные пакеты немецкой фирмы Peter Beck Engeneering, в т.ч.:
PLCBUS Controller - специализированная программа на языке Java, предназначенная для инсталляции и конфигурирования систем «умного дома» на платформе PLCBUS, централизованного управления ими и визуализации их состояния.
homeVISU - универсальная программа на языке Java, адаптируемая к платформе с помощью драйвера и предназначенная для централизованного управления и визуализация состояния систем смартхауса.
homeVISU app - приложение homeVISU для мобильных устройств на ОС Android
Рис.8. Скрины PLCBUS Controller/homeVISU
Поддержка протокола PLCBUS также предусмотрена в ряде программ для универсальных контроллеров верхнего уровня. Кроме того, PLCBUS поддерживают многие свободно-распространяемые программы для систем категории DIY - «Сделай Сам».
6. ПРАВОВАЯ ЗАЩИТА
Об использовании в PLCBUS патентов на платформу UPB было уже сказано выше. Своих патентов у разработчика на эту платформу нет. Тем не менее, технические решения на уровне протокола и схемотехники модулей - «чипов» максимально закрыты и в свободном доступе, в отличие от, например, схемотехники и прошивок X10, не представлены.
7. ПРОБЛЕМАТИКА
Так же, как и у платформы UPB, значимой проблематики у PLCBUS не выявлено. Вопросы надежности передачи информации в условиях поглощения полезного сигнала и наличия помех прямо связаны с использованнем в PLCBUS позиционно-импульсной модуляции UPB и будут рассмотрены отдельно.
8. КРАТКОЕ РЕЗЮМЕ
Настоящий информационный обзор позволяет сделать следующие выводы:
- Платформа PLCBUS базируется на патентованных решениях платформы UPB, но использует ее протокол в упрощенном виде, при это система команд построена на ядре системы команд X10.
- Базовое архитектурные решения платформы UPB обеспечивают платформе PLCBUS высокую надежность информационного обмена, а система команд - совместимость с одной из самой популярных в прошлом платформ X10.
- За счет сочетания надежности UPB c простотой инсталляции и совместимоси с X10 платформа завоевала достаточно большой сегмент рынка систем «Умного Дома», особенно в азиатском регионе.
- В настоящее время активность разработчика и производителя не наблюдается, хотя компоненты платформы присутствуют в программах поставок ряда ведущих мировых и региональных дистрибьютеров систем «умного дома».
- Технические решения платформы достаточно просты и могут быть воспроизведены в системах DIY - «Сделай Сам»
* * * * *
Опубликовано 01.12.2015. Последнее изменение - нет.
© Janto 2015 Все права защищены